JP6897401B2 - 光源装置およびプロジェクター - Google Patents
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Description
一般的に、集光光学系と拡散素子の拡散層とはできるだけ近接して配置することが好ましい。特に、拡散素子が入射した光を拡散すると共に反射する場合、集光光学系には、拡散素子で拡散および反射された光をできるだけ入射させるために、集光光学系と拡散素子との間の隙間は、例えば、1mm-2mmに設定されることが好ましく、この場合、光量制御素子を集光光学系と拡散素子との間に配置することは困難である。上記の構成によれば、ホモジナイザー光学系と集光光学系との間に光量制御素子を配置することで、集光光学系と光量制御素子との隙間を狭くして、拡散素子から射出される光が集光光学系に入射されないことを抑制しつつ、拡散素子において、集光光学系で集光された光が入射する領域以外の領域に迷光が入射することを抑制できる。
なお、拡散素子としては、入射した光の波長を変換しつつ光を拡散する波長変換素子であっても、入射した光を拡散させて反射又は透過させる拡散板(拡散反射素子)であってよい。
なお、光量制御素子の開口部の形状は、拡散層の形状と相似形状とすることが好ましい。さらに、光源から射出した光をできるだけ拡散層に入射させるため(すなわち、光の利用効率を高めるために)、開口部の形状は、第1のレンズアレイの第1レンズと相似形状であることが好ましい。
さらに、光量制御素子の開口部と拡散素子の拡散層とは、共役関係となるように配置されることが好ましい。また、光の利用効率を高めるために、光量制御素子の開口部は、第1のレンズアレイと共役関係となるように配置されることが好ましい。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
まず、本実施形態に係るプロジェクター1の一例について説明する。
図1は、本実施形態に係るプロジェクター1の概略構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター1は、スクリーンSCR上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター1は、照明装置2と、色分離光学系3と、光変調装置4R,光変調装置4G,光変調装置4Bと、合成光学系5と、投射光学系6とを備えている。
光変調装置4Gは、緑色光LGを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光を形成する。光変調装置4Bは、青色光LBを画像情報に応じて変調し、青色の画像光を形成する。
続いて、本発明の一実施形態に係る照明装置2について説明する。図2は照明装置2の概略構成を示す図である。図2に示すように、照明装置2は、光源装置2Aと、インテグレーター光学系31と、偏光変換素子32と、重畳レンズ33aとを備えている。本実施形態において、インテグレーター光学系31と重畳レンズ33aとは照明装置重畳光学系33を構成している。
なお、本実施形態において、波長変換素子27および拡散反射素子30は、共に特許請求の範囲に記載の「拡散素子」に相当する。すなわち、本実施系形態の光源装置2Aは、2つの拡散素子を有する。
なお、光量制御素子40のより詳細な作用効果については、後段において図3を基に説明する。
偏光変換素子32は、偏光分離膜と位相差板とから構成されている。偏光変換素子32は、非偏光の蛍光YLを含む照明光WLを直線偏光に変換する。
図3は、ホモジナイザー光学系24から波長変換素子27に至る光路を示す模式図である。図3において、偏光分離素子50A(光学素子25A)を省略し、光路上の構成部材を同一軸状に配置して示す。また、図3において、簡略化のため、複数の第1レンズ24a1に入射した光の内、最上部および最下部の第1レンズ24a1に入射した光の光路のみを図示する。
一方で、図3に示す様に、実装精度のバラつきなどによって、第1レンズ24a1から射出された光のうち一部の光(以下、迷光BLx)は、第1レンズ24a1に対応しない第2レンズ24b1に入射する。図3に二点鎖線として記載するように、光量制御素子40がない場合、迷光BLxは、第1の集光光学系26を経て蛍光体層34において青色の光線束BLsが入射する領域以外の領域に入射する光路を描く。このように波長変換素子27(拡散素子)に入射した迷光BLxは、平面視で蛍光体層34の外側に形成された接合層36に入射して、接合層36の劣化を招く虞がある。また、蛍光体層34の外側に入射した迷光BLxの一部は、支持体35において反射した後に他の部材に入射し他の部材の劣化を招く虞がある。
なお、重畳光学系41の重畳領域CA1の大きさを第1の集光光学系26の集光領域CA2の大きさより大きくする構成は、重畳光学系41および第1の集光光学系26の焦点距離を適切に設定することで実現できる。
X=x1×(f2/f1) …(式1)
開口部40bの一方向に沿う寸法は、(式1)に示すXと一致させることが好ましい。すなわち、重畳領域CA1と開口部40bとを一致させることで、重畳領域CA1から外れた光を確実に遮るとともに、本来、重畳領域CA1内を通過する光を遮ることを抑制できる。
なお、ここで光を略平行化するとは、通過する光を略平行光とすることを意味する。また、略平行光とは、光を構成する光線同士のなす角が十分に小さい状態の光を意味する。本実施形態において、コリメーター光学系42は、通過する光を光軸と平行な光とする。
F1≧F2 …(式2)
すなわち、コリメーター光学系42の焦点距離F2を重畳光学系41の焦点距離F1より短くすることが好ましい。
したがって、本実施形態の光源装置2Aは、1つの光量制御素子40によって、2つの拡散素子(波長変換素子27および拡散反射素子30)の拡散層(蛍光体層34および拡散反射層30a)の青色の光線束BLが入射する領域以外の領域に入射しようとする迷光BLxを除去できる。
すなわち、拡散反射素子30の拡散反射層30aの平面視形状は、光量制御素子40の開口部40bの平面視形状と略相似関係とすることで、拡散反射層30aの平面視寸法を肥大化させることなく、開口部40bを通過した光の利用効率を高めることができる。
また、第2の集光光学系29によって拡散反射層30aの表面に集光される集光領域CA3の大きさに対して、重畳光学系41において重畳される重畳領域CA1の大きさを大きくすることが好ましい。拡散反射層30aと同寸法の開口部40bを有する光量制御素子40を高精度に形成し、高精度に配置することは困難である。重畳光学系41の重畳領域CA1の大きさを第2の集光光学系29の集光領域CA3の大きさより大きくすることで、開口部40bの平面視における大きさを、拡散反射層30aの平面視における大きさより大きくすることができる。したがって、開口部40bの寸法精度および位置精度による影響を鈍化させて結果として光の利用効率を高めることができる。
加えて、拡散反射層30aと光量制御素子40の開口部40bとは、共役関係となるように配置されることが好ましい。このように配置することで、開口部40bおよび拡散反射層30aには、同様の結像が重畳領域CA1および集光領域CA3として形成される。これにより、拡散反射層30aに入射すべき光を本体部40aで除去することを抑制できる。また、本体部40aで遮るべき迷光BLxを開口部40bで透過させることを抑制できる。
図4は、本実施形態の光源装置2Aに採用可能な、変形例の光量制御素子140並びに光量制御素子140に入射する光の光路を示す模式図である。
本変形例の光量制御素子140は、開口部140bが設けられた本体部140aと、受光体140cと、有する。本変形例の光量制御素子140は、上述の実施形態と同様に、本体部140aで一部の光を遮り開口部140bに一部の光を通過させて光量を制御する。
図5は、第2実施形態の照明装置102の概略構成を示す図である。第2実施形態の照明装置102は、第1実施形態と比較して、白色光WLを構成する蛍光(黄色光)YLと青色光Bのうち、青色光Bを生成する構成が主に異なる。
なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
第2の集光光学系161は、第2の集光レンズ161aを備える。第2の集光光学系161は、青色用半導体レーザー160からの青色光Bを拡散板130に集光する。第2の集光レンズ161aは、凸レンズからなる。
コリメーター光学系162は、コリメーターレンズ162aを備え、拡散板130から出射された光を略平行化する。
一方で、本実施形態では、青色光Bを生成する光の光路中には、光量制御素子40が設けられていない。すなわち、拡散板(拡散素子)130に入射する光は、光量制御素子40を経た光ではない。このように、複数の拡散素子を有する照明装置102について、1つの拡散素子に入射する光の光路中にのみ光量制御素子40を設けてもよい。
また、本実施形態について、波長変換素子27に代えて第1の実施形態の拡散反射板(図2に示す拡散反射素子30)を配置してもよい。この場合、第2の光源装置102Bにおいて蛍光YLを生成する構成を設けることで、白色光WLを形成できる。
Claims (8)
- 光源と、
前記光源から射出された光が入射する複数の第1レンズを有する第1のマルチレンズア
レイと、それぞれ対応する前記第1レンズを透過した光が入射する複数の第2レンズを有
する第2のマルチレンズアレイとを備え、前記光源から射出された光を均一化するホモジ
ナイザー光学系と、
前記ホモジナイザー光学系から射出した光の光量を制御する光量制御素子と、
前記ホモジナイザー光学系と前記光量制御素子との間に位置し、前記ホモジナイザー光
学系から射出された光を前記光量制御素子の前記開口部に重畳させる重畳光学系と、
前記光量制御素子を通過した光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系で集光された光が入射する拡散素子と、を備え、
前記光量制御素子は、開口部が設けられた本体部を有し、
前記光量制御素子は、前記本体部で一部の光を遮るとともに、前記開口部に一部の光を
通過させて光量を制御する、
光源装置。 - 前記拡散素子は、入射した光を拡散させる拡散層と、前記拡散層を支持する支持体と、
前記拡散層と前記支持体とを接合する接合層と、を有する、
請求項1に記載の光源装置。 - 前記光量制御素子と前記集光光学系との間に位置し、前記光量制御素子を透過した光を
平行化するコリメーター光学系と、を備える、
請求項1に記載の光源装置。 - 前記重畳光学系は、非球面レンズである、
請求項1〜3に記載の光源装置。 - 前記光量制御素子の前記本体部は、入射した光を吸収する、
請求項1〜4の何れか一項に記載の光源装置。 - 前記光量制御素子の前記本体部は、入射した光を反射し、
前記光量制御素子は、前記本体部で反射された光を吸収する受光体を有する、
請求項1〜5の何れか一項に記載の光源装置。 - 前記拡散素子は、前記光源から射出された光の波長を変換する波長変換素子である、
請求項1〜6の何れか一項に記載の光源装置。 - 請求項1〜7の何れか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出される光を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成す
る光変調装置と、
前記画像光を投射する投射光学系と、を備える、
プロジェクター。
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